# 数据流图可视化编程工具

**Repository Path**: rabbitc999/EmbedGraph

## Basic Information

- **Project Name**: 数据流图可视化编程工具
- **Description**: 本项目是 WorkBuddy 辅助编程工具链中的核心模块之一，旨在为开发者提供可视化的数据流处理系统设计环境，并支持一键生成高质量的实现代码。其交互风格借鉴 MathWorks Simulink，通过拖拽式框图建模，降低数据流编程门槛，提升开发效率，特别适用于 IoT 数据管道、流式计算、信号处理等场景。


- **Primary Language**: Unknown
- **License**: GPL-3.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-07-31
- **Last Updated**: 2026-07-31

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# EmbedGraph - 数据流图可视化编程工具

本项目是 WorkBuddy 辅助编程工具链中的核心模块之一，旨在为开发者提供可视化的数据流处理系统设计环境，并支持一键生成高质量的实现代码。其交互风格借鉴 MathWorks Simulink，通过拖拽式框图建模，降低数据流编程门槛，提升开发效率，特别适用于 IoT 数据管道、流式计算、信号处理等场景。

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## 核心特性

- **拖拽式节点编辑** — 从工具箱拖拽节点到画布，鼠标拖动移动，端口自动连线
- **67 种内置节点** — 涵盖基础运算、滤波器、信号处理、控制器、复数/四元数运算、FFT/IFFT 等
- **13 种数据类型** — Float / Double / Int32 / Complex / Quaternion / Vector3 / Array\<T\> 等，端口间类型兼容性自动检查
- **企业级 C 代码生成** — 拓扑排序 + 数据路由，生成 `eg_process.h` / `eg_process.c`，符合严格 C 编码规范
- **外部模板系统** — 所有 C 代码模板为 `.tpl` 文件，用户可直接编辑定制生成逻辑
- **仿真引擎** — 串口/文件数据源驱动，实时示波器波形显示，结果导出 CSV
- **多模块工程管理** — 模块树视图、模块导入导出、单一 `.flow` 文件持久化
- **跨模块数据总线** — BusGoto / BusFrom 节点，类似 Simulink Goto/From，实现模块间数据传递
- **工程配置管理** — 目标平台（ARM / RISC-V / DSP C2000）、HAL 路径、全局宏定义

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## 技术栈

| 项目 | 说明 |
|------|------|
| 运行时 | .NET 8 (LTS) |
| UI 框架 | WPF (Windows Presentation Foundation) |
| 架构模式 | MVVM（自实现 ObservableObject + RelayCommand） |
| 序列化 | System.Text.Json |
| 串口通信 | System.IO.Ports 8.0.0 |
| 目标平台 | Windows 10/11 |

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## 项目结构

```
EmbedGraph/
├── EmbedGraph.sln                 # 解决方案文件
├── README.md
├── EmbedGraph.csproj              # 项目文件
├── App.xaml / .cs                 # 应用入口
├── MainWindow.xaml / .cs          # 主窗口（画布 + 工具箱 + 属性面板 + 模块树）
│
├── Models/                        # 数据模型层
│   ├── DataType.cs                # 数据类型枚举（13 种）
│   ├── DataTypeInfo.cs            # 类型元数据与兼容性检查
│   ├── PortModel.cs               # 端口模型（含元素类型标注）
│   ├── NodeModel.cs               # 节点模型（含动态端口重建）
│   ├── ConnectionModel.cs         # 连线模型（折线路由 + 跨线桥跳）
│   ├── ModuleModel.cs             # 模块模型（支持嵌套子模块）
│   ├── ProjectModel.cs            # 工程模型（含目标平台配置）
│   ├── NodeTemplate.cs            # 节点模板定义
│   ├── NodeCategory.cs            # 节点类别枚举（11 类）
│   ├── PropertyDefinition.cs      # 属性定义模型
│   ├── PortType.cs / LineStyle.cs / NodeLayout.cs
│
├── Mvvm/                          # MVVM 基础设施
│   ├── ObservableObject.cs        # INotifyPropertyChanged 基类
│   └── RelayCommand.cs            # ICommand 实现
│
├── ViewModels/
│   └── MainViewModel.cs           # 主窗口视图模型
│
├── Services/                      # 服务层
│   ├── NodeTemplateService.cs     # 节点模板注册中心（67 种节点）
│   ├── NodePropertyService.cs     # 节点属性定义
│   ├── CCodeGenerator.cs          # C 代码生成器
│   ├── CodeTemplateEngine.cs      # 外部模板引擎（.tpl 加载与替换）
│   ├── TopologicalSorter.cs       # Kahn 拓扑排序
│   ├── DependencyGraph.cs         # 依赖图构建与环检测
│   ├── ProjectSerializer.cs       # 工程序列化（.flow JSON）
│   ├── SimulationEngine.cs        # 仿真引擎（串口/文件/示波器）
│   └── BridgeCalculator.cs        # 跨线桥跳符号计算
│
├── Views/                         # 弹出窗口
│   ├── NodeConfigWindow.xaml      # 节点配置对话框
│   ├── ProjectConfigWindow.xaml   # 工程配置对话框
│   ├── ScopeWindow.xaml           # 示波器窗口
│   └── SimSourceConfigWindow.xaml # 仿真数据源配置
│
├── Converters/
│   └── Converters.cs              # 类别/数据类型 → 画刷等值转换器
│
└── CodeTemplates/                 # 外部 C 代码模板（可编辑定制）
    ├── eg_process.h.tpl           # 头文件主模板
    ├── eg_process.c.tpl           # 源文件主模板
    ├── makefile.tpl               # Makefile 模板
    └── Nodes/                     # 67 个节点 C 代码模板
        ├── Add.c.tpl  Sub.c.tpl  Mul.c.tpl  Div.c.tpl
        ├── Sin.c.tpl  Cos.c.tpl  Tan.c.tpl
        ├── Constant.c.tpl  TypeCast.c.tpl  Mux.c.tpl  FSM.c.tpl
        ├── MeanFilter.c.tpl  FIR_Filter.c.tpl
        ├── Kalman1D.c.tpl  Kalman2D.c.tpl  Kalman3D.c.tpl  EKF.c.tpl
        ├── FFT.c.tpl  IFFT.c.tpl  FrameQueue.c.tpl
        ├── PID.c.tpl  LQR.c.tpl  Mahony.c.tpl
        ├── ArrayPack.c.tpl  ArrayUnpack.c.tpl
        ├── Sum.c.tpl  Mean.c.tpl  Median.c.tpl  Sort.c.tpl  Slice.c.tpl
        ├── ByteParser.c.tpl  DataPacker.c.tpl  UART_Parser.c.tpl
        ├── ComplexPack/Unpack/Add/Sub/Mul/Div.c.tpl
        ├── ComplexConjugate/Magnitude/Angle/Normalize.c.tpl
        ├── QuaternionPack/Unpack/Add/Sub/Mul/Div.c.tpl
        ├── QuaternionConjugate/Normalize/Magnitude/Angle.c.tpl
        ├── QuaternionToEuler.c.tpl  EulerToQuaternion.c.tpl
        ├── VectorPack.c.tpl  VectorUnpack.c.tpl
        ├── Vector3Add/Sub/Dot/Cross/Normalize/Magnitude.c.tpl
        ├── BusGoto.c.tpl  BusFrom.c.tpl
        ├── ExternalInput.c.tpl  ExternalOutput.c.tpl
        ├── Delay.c.tpl  Scope.c.tpl
        └── ...
```

---

## 内置节点类型（67 种）

### 基础运算（7）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| Add / Sub / Mul / Div | 四则运算（双输入单输出） |
| Sin / Cos / Tan | 三角函数 |
| Constant | 常量值输出 |
| TypeCast | 类型转换（10 种类型互转：数值↔数值、数值↔复合、复合↔复合） |

### 逻辑与控制（2）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| Mux | 多路选择器（输入路数可配置，Select 信号选择输出） |
| FSM | 有限状态机（状态转移表驱动，switch-case 实现） |

### 滤波器（4）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| MeanFilter | 均值滤波（滑动窗口 N 可配置） |
| FIR_Filter | FIR 滤波器（系数数组可配置） |
| Kalman1D / Kalman2D | 卡尔曼滤波器（单轴/双轴，Q/R 可调） |
| Kalman3D | 三轴卡尔曼滤波（位置-速度模型） |

### 信号处理（4）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| FFT | 快速傅里叶变换（基-2 DIT，5 种窗函数，输出 Array\<Complex\>） |
| IFFT | 逆傅里叶变换（基-2 DIF，输入 Array\<Complex\>，输出 Array\<Float\>） |
| FrameQueue | 帧队列（环形缓冲区，按帧存储，输出最近 N 帧数组） |
| EKF | 扩展卡尔曼滤波（6 状态位置-速度模型，Q/R/Dt 可调） |

### 控制器（3）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| PID | PID 控制器（Kp/Ki/Kd 可调，含积分限幅） |
| LQR | 线性二次型调节器（状态反馈 u = -K·x） |
| Mahony | AHRS 姿态解算（PI 控制器 + 四元数积分 + 归一化） |

### 数组与统计（7）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| ArrayPack / ArrayUnpack | 数组打包/解包（N 个标量 ↔ Array\<T\>，元素类型可选） |
| Sum / Mean / Median | 求和 / 均值 / 中位数 |
| Sort | 排序（升序/降序） |
| Slice | 数组切片（StartIndex / EndIndex） |

### 通信与解析（3）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| ByteParser | 字节解析器（帧头搜索 + CRC 校验 + 数据提取） |
| DataPacker | 数据打包器（帧头 + 数据 + CRC + 帧尾） |
| UART_Parser | 串口帧解析器（帧头/帧尾/CRC，多通道 float 输出） |

### 复数运算（8）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| ComplexPack / ComplexUnpack | 复数打包/解包（2×Float ↔ Complex） |
| ComplexAdd / Sub / Mul / Div | 复数四则运算 |
| ComplexConjugate | 复数共轭 z* = (re, -im) |
| ComplexMagnitude | 复数模长 \|z\| = sqrt(re² + im²) → Float |
| ComplexAngle | 复数辐角 atan2(im, re) → Float |
| ComplexNormalize | 复数归一化 z / \|z\| |

### 四元数运算（10）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| QuaternionPack / QuaternionUnpack | 四元数打包/解包（4×Float ↔ Quaternion） |
| QuaternionAdd / Sub / Mul / Div | 四元数四则运算（除法 = q₁ × q₂⁻¹） |
| QuaternionConjugate | 四元数共轭 |
| QuaternionNormalize | 归一化为单位四元数 |
| QuaternionMagnitude | 模长 \|q\| = sqrt(w² + x² + y² + z²) → Float |
| QuaternionAngle | 旋转角 θ = 2·acos(w) → Float |
| QuaternionToEuler | 四元数 → 欧拉角（Roll/Pitch/Yaw） |
| EulerToQuaternion | 欧拉角 → 四元数 |

### 向量运算（8）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| VectorPack / VectorUnpack | 向量打包/解包（2D/3D，Float ↔ Vector3） |
| Vector3Add / Sub | 向量加减 |
| Vector3Dot / Cross | 点积 / 叉积 |
| Vector3Normalize | 向量归一化 |
| Vector3Magnitude | 向量模长 → Float |

### 延时与可视化（2）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| Delay | 延时器（初始值可配，支持环路调度） |
| Scope | 示波器（仿真时实时波形显示） |

### IO 端口（2）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| ExternalInput | 外部输入端口（映射到 `EG_Input_T` 通道） |
| ExternalOutput | 外部输出端口（映射到 `EG_Output_T` 通道） |

### 数据总线（2）

| 节点 | 说明 |
|------|------|
| BusGoto | 总线写入（通过 BusName 绑定，写入全局变量 `g_bus_<name>`） |
| BusFrom | 总线读取（通过 BusName 绑定，读取全局变量 `g_bus_<name>`） |

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## 数据类型系统

| 类型 | 说明 | C 映射 |
|------|------|--------|
| Float | 单精度浮点 | `float` |
| Double | 双精度浮点 | `double` |
| Int32 / UInt32 | 32 位整数 | `int32_t` / `uint32_t` |
| Int16 / UInt16 | 16 位整数 | `int16_t` / `uint16_t` |
| Byte | 8 位字节 | `uint8_t` |
| Complex | 复数（实部 + 虚部） | `Complex_T { float real, imag }` |
| Quaternion | 四元数（w, x, y, z） | `Quaternion_T { float w, x, y, z }` |
| Vector3 | 三维向量 | `Vector3_T { float x, y, z }` |
| Array | 动态数组（支持元素类型标注） | `uint8_t[]` 字节缓冲区 + 类型强转 |
| ByteArray | 字节数组 | `uint8_t[]` |

端口间连线时自动执行类型兼容性检查：同类型直连、数值标量互转、标量扩展到复数/向量、数组元素类型匹配。

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## 代码生成

### 生成接口

生成的 C 代码聚焦数据处理模块，核心接口为：

```c
void EG_Init(void);
void EG_Process(EG_Input_T *input, EG_Output_T *output);
```

不生成 `main.c` / `hal.h`，由用户在目标平台自行集成。

### 生成文件

| 文件 | 内容 |
|------|------|
| `eg_process.h` | 类型定义、结构体、函数声明、宏定义 |
| `eg_process.c` | EG_Process 实现 + 节点函数 + EG_Init + 数据路由 |
| `makefile` | 静态库构建脚本（生成 .a） |
| `CodeTemplates/` | 模板文件副本（方便查看和二次定制） |

### 动态宏定义

以下宏根据图中节点类型和属性**动态计算**，非固定常量：

```c
#define EG_MAX_PORT_COUNT      (动态)   // 根据实际节点端口数
#define EG_MAX_STATE_SIZE      (动态)   // 根据节点类型计算所需 state 字节数
#define EG_DEFAULT_ARRAY_SIZE  (动态)   // 根据节点类型计算所需 array 元素数
#define EG_MAX_INPUT_CHANNELS  (动态)   // ExternalInput 节点数
#define EG_MAX_OUTPUT_CHANNELS (动态)   // ExternalOutput 节点数
```

### C 编码规范

| 规则 | 示例 |
|------|------|
| 静态变量 `s_` 前缀 | `static NodeCtx_T s_NodeCtxs[8];` |
| 外部变量 `g_` 前缀 | `float g_bus_sensorData;` |
| 结构体 `_T` 后缀 | `typedef struct { ... } NodeCtx_T;` |
| 结构体成员小驼峰 | `ctx->inputs[0].f` |
| 函数 `模块_功能` | `EG_Process`, `FFT_Compute` |
| 宏全大写下划线 | `#define EG_MAX_PORT_COUNT (8)` |
| 头文件守卫 | `#ifndef __EG_PROCESS_H` |
| 指针非空判断 | `if (ptr != NULL)` |

### 模板定制

所有 C 代码模板位于 `CodeTemplates/` 目录，采用占位符语法：

| 占位符 | 说明 | 示例 |
|--------|------|------|
| `{{KEY}}` | 简单替换 | `{{NODE_NAME}}` → `Add_1` |
| `{{PROP:Name}}` | 节点属性值 | `{{PROP:Kp}}` → `1.5` |
| `/*{{SECTION}}*/` | 段落标记 | `/*{{WINDOW_CODE}}*/` → 窗函数代码 |

用户可直接编辑 `.tpl` 文件修改生成逻辑，无需重新编译程序。

---

## 仿真引擎

### 数据源

| 模式 | 说明 |
|------|------|
| 串口 | 通过 `System.IO.Ports.SerialPort` 实时接收数据，可配置波特率/分隔符/列映射 |
| 文件 | 读取 CSV/TXT 文件，按行解析，支持循环播放 |
| 无 | 手动单步执行 |

### 仿真控制

| 操作 | 快捷键 | 说明 |
|------|--------|------|
| 运行 | F5 | 开始/继续仿真 |
| 暂停 | F6 | 暂停仿真 |
| 单步 | F10 | 执行一步 |
| 停止 | — | 停止并重置 |
| 示波器 | — | 打开示波器窗口查看实时波形 |
| 导出 | — | 将仿真结果导出为 CSV 文件 |

### 示波器

- 多通道波形显示（8 种颜色）
- 自动缩放 Y 轴
- 网格线背景
- 深色主题

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## 多模块工程管理

### 模块树

左侧面板显示模块树视图，支持：
- 单击切换当前编辑模块
- `+` 按钮创建新模块
- 右键菜单：切换 / 重命名 / 导出 / 删除

### 模块导入导出

- **导入模块** — 从 `.flow` 文件加载模块到当前工程，自动重新生成 GUID 避免冲突
- **导出模块** — 将当前模块导出为独立 `.flow` 文件

### 工程配置

通过工程配置对话框管理：
- 工程名称
- 目标平台（ARM / RISC-V / DSP C2000 / Custom）
- HAL 头文件路径
- 全局宏定义列表（添加/删除）

### 跨模块数据总线

BusGoto / BusFrom 节点通过 `BusName` 属性绑定同名总线：
- C 代码生成全局变量 `float g_bus_<name>`
- BusGoto 写入、BusFrom 读取
- 不同模块间可通过总线名传递数据

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## 使用方法

### 环境要求

- .NET 8 SDK
- Windows 10/11

### 编译运行

```bash
dotnet build
dotnet run --project src/EmbedGraph
```

### 基本操作

1. **添加节点** — 从左侧工具箱拖拽节点模板到画布
2. **移动节点** — 鼠标按住节点拖动
3. **连线** — 点击输出端口（右侧），拖拽到输入端口（左侧）
4. **配置节点** — 双击节点打开配置窗口
5. **删除** — 选中节点/连线后按 Delete 键
6. **生成代码** — 工具栏点击「生成代码」按钮，选择输出目录
7. **仿真** — 菜单「仿真」→ 配置数据源 → F5 运行 → 打开示波器查看波形

### 工程文件

工程保存为单一 `.flow` 文件（JSON 格式），包含所有模块、节点、连线和配置信息。

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## 开源协议

本项目采用 [GPL-3.0](LICENSE) (GNU General Public License v3.0) 开源协议。

- 任何人可以自由使用、修改和分发本项目
- 修改后的作品必须同样以 GPL-3.0 协议开源
- 不提供任何担保，详见 LICENSE 文件第 15-16 条